Что мешает сделать микроскоп с оптическим увеличением во много тысяч раз?

Question

Почему микроскопы имеют такое слабое увеличение? почему нельзя собрать оптическую систему, чтобы было видно молекулы?

Answer 1

Физические ограничения оптики, и волновая природа света.
Но можно заменить свет например, электронами, и тогда становится лучше. И молекулы можно увидеть, для этого есть атомно-силовой микроскоп.

Answer 2

Существует несколько фундаментальных причин, ограничивающих увеличение оптических микроскопов:
1. Дифракция света:
Свет имет волновую природу. Когда световая волна проходит через маленькое отверстие или огибает край объекта, она начинает расплываться – это явление называется дифракцией.
Дифракция ограничивает разрешающую способность микроскопа, то есть способность различать две близко расположенные точки как отдельные.
Чем меньше расстояние между точками, тем больше требуется увеличение, чтобы их различить. Однако, из-за дифракции, увеличение свыше определённого предела не приводит к улучшению разрешения, а лишь к размытию изображения.
2. Длина волны света:
Разрешающая способность микроскопа напрямую связана с длиной волны используемого света. Чем меньше длина волны, тем выше разрешение.
Видимый свет имет длину волны от 400 до 700 нанометров. Это означает, что оптический микроскоп не может различить объекты меньше нескольких сотен нанометров, что намного больше размера молекул (обычно доли нанометра) .
3. Аберации линз:
Идеальные линзы существуют только в теории. Реальные линзы имеют различные аберации, которые искажают изображение и снижают разрешение.
Хотя существуют методы корекции абераций, они не могут полностью устранить проблему, особенно при высоких увеличениях.
4. Ограничения материалов:
Для создания линз с очень короткими фокусными расстояниями, необходимыми для больших увеличений, требуются специальные материалы с высоким показателем преломления.
Однако, такие материалы могут быть сложными в изготовлении и иметь другие ограничения, например, поглощать свет.